港航工程及近海作业第8讲__32航道整治工程__肖政

第8讲3.2整治断面设计3.2.1设计水位设计水位包括最低通航水位和最高通航水位,是计算标准船队(舶)正常通航天数的依据。图3.2-1正常通航期示意图3.2.1.1确定方法：①设计水位：处处不同，实际上以“基本水位站”为准。②天然河流：整理水文资料，用不同方法推求。③有水利枢纽控制：推算水面曲线。④局部变化大河段：变形计算。3.2.1.2.基本水文站的选择①水文站与浅滩之间没有拦河闸、坝，水文条件相似。②无较大支流入汇，无较大引水工程，Q相近。③相距不能太远，航道尺度相同。④有连续多年，可靠的水位、流量资料和统一的水准基面。（15～20年以上）。3.2.1.3.设计最低通航水位确定方法：根据通航标准，要求达到航道尺度的起算水位，称设计最低通航水位，又称设计水位。1)保证率频率法：a、绘出各年日平均水位保证率曲线，由航道等级求出某一个保证率P1所对应得水位Zi。P1只一个，而每年有一个Zi。b、对各年同一保证率的水位进行频率计算，绘出频率曲线。c、由规定的设计频率，查出设计最低水位。表3.2-1天然河流设计最低通航水位保证率频率表图3.2-2频率曲线图3.2-3综合历时曲线法2)综合历时曲线法：a、由航道等级确定设计的保证率。b、将每年日平均水位作为样本，求出每一水位保证率，绘制曲线。c、由设计保证率查出设计水位。表3.2-2天然河流设计最低通航水位综合历时曲线法保证率3.2.1.4.最高通航水位的确定方法1）根据我国国家标准《内河通航标准》的规定，设计最高通航水位洪水重现期。Zx0经验频率点理论频率曲线PxP0保证率（％）Zx(m)Z(m)ZPxgv2211gv2222Zx0经验频率点理论频率曲线PxP0保证率（％）Zx(m)Z(m)ZPxgv2211gv2222航道等级洪水重现期（年）I~III20IV~V10VI~VII52）通航建筑物设计最高通航水位的洪水频率通航建筑物等级I~IIIII~VV~VII洪水重现期（年）100~2020~1010~5洪水频率（%）1~55~1010~203）最高通航水位的推求流量频率法：先确定设计频率及允许停航天数，在历年实测流量过程线上，以截取各年通航流量作为样本进行频率计算，求出设计流量后，换算成相应的设计水位。历时频率法：首先假定，在历年流量过程线上截取不同停航天数，以为样本进行频率计算，根据规定的频率求得，、等，以同样方法求得、等。最后建立流量与停航或减载天数的关系曲线，按允许的停航天数在曲线上找到设计最高通航流量，再换算成最高通航水位。经验频率点3.2.1.5.浅滩设计水位的确定方法1）水位相关法：浅滩上设立一个或几个临时水位尺，与基本水文站同步观测较长时间的水位资料，点绘相关图，由基本水文站的设计水位→浅滩的设计水位。图3.2-4相关水位法2）比降插入法：当浅滩上没有水位资料而浅滩上下游有水文（位）站时采用该法。①河道比降均匀时：水位变化按距离的大小分配。②河道比降不均匀时：水位变化按水位差的大小分配图3.2-5比降插入法（均匀比降）图3.2-6比降插入法（非均匀比降）3）瞬时水位法：浅滩上临时观测水位较少，点不出相关图。但又只有一个基本水文站时，可由少数资料求出浅滩水位与基本站水位的“落差”关系，即用这一固定落差，由基本站水位，推算滩上水位。3.2.1.6.特殊河段的设计水位1）通航要求的引水渠道2）设闸控制的运河或河网航道3）受潮汐影响的河流河口段4）有调节能力的水利枢纽基本站水位0Ll1上水文站浅滩Z1ZZ站Z滩l2下水文站Z2上水文站浅滩水位⊿Z1gv2211gv2222Ll1上水文站浅滩Z1Zl2下水文站Z2上水文站浅滩下水文站Z1Z'ZZ2观测水位设计水位Z2Z1''⊿Z1⊿Z2gv2211gv2222Ll1上水文站浅滩Z1Zl2下水文站Z2上水文站浅滩下水文站Z1Z'ZZ2观测水位设计水位Z2Z1''⊿Z1⊿Z2gv2211gv22223.2.1.7.设计水位的调整3.3.2整治水位3.3.2.1经验方法1）经验数值法2）优良河段模拟法3）多年平均水位法整治水位高于设计最低通航水位的经验值（m）河流类型山区河流平原河流小型0.5～1.20.5～1.5大中型1.2～2.01.5～3.03.3.2.2造床流量法造床流量是输沙率与历时的乘积最大时的流量为，马卡维也夫（H·MakkaBeeB）输沙率可写成以下关系：mGQJ(式3.2-1)式中：G—床沙质输沙率；Q—流量；J——比降；m——指数，通常=2。3.3.2.3.浅滩转冲临界水位法1)绘制深槽、浅滩的水位～流速关系曲线取拟整治浅滩及上下游相邻深槽各级水位下的实测资料，绘制水位～流速关系曲线，深槽与浅滩的两条曲线交于点的水位称临界水位，该水位以下浅滩流速大于深槽流速，因此，可将整治水位定在临界水位附近。事实上在整治工程作用下，点将提高到，表明整治后增加了浅滩的冲刷作用，在水位高于点就显现出来。图3.2-7滩上水位流速关系2）绘制水位～滩脊水深关系曲线取拟整治浅滩及各级水位下的实测资料，将滩脊处设计水位下的水深值与测时水位值，点绘于坐标纸上，分析该滩的冲淤规律，取由淤转冲的临界水位作为确定整治水位的依据或参考值。3.3.2.4.整治水位的调整3.2.3整治线宽度3.2.3.1定义：z在进行航道整治时，整治水位时计划的河岸线称为整治线，则整治水位所对应的河面宽度称为整治线宽度。图3.2-8整治线宽度示意图图3.2-9优良河段断面图3.2.3.2确定方法：1.经验法1）C·T·阿尔图宁方法221()aaBKHm（式3.2-2）式中：K，a为经验参数，不同河型及不同河段取值不同，可查有关手册和规范。2）优良河段法（河相关系法）见图3.2-9优良河段断面图3.2.3.2.理论计算法①水力学计算方法QBHv2/31/2(1/)vnHJ联解：改写成：251322nQBHJ航道整治工程技术规范推荐的水力学计算公式水力学方法基本假定：整治水位时整治前后的Q、n、J相同，不考虑泥沙因素。5312nQBHJ定值B2、H2为未知数认为整治以后的枯水断面形态和优良河段的断面形态相似水深改正系数：HHH——整治水位下的断面平均水深H'——整治水位下的航道边缘设计水深图3.2-10η－(B／b)相关曲线3.2.3.3输沙平衡方法浅滩上的输沙达到平衡状态时，整治前后浅滩断面的输沙率相等。12ssGG（式3.2-3）（1)底沙造床为主沙莫夫推移质输沙率公式：31/42/311HHHvvdGKdvBvvH（式3.2-4）Hv——止动流速，1/31/63.83HvdH为了计算方便，将式中1Hvv改写为:1mHHvvvv式中指数m值的确定：根据对数纸上的1HHvvvv—的相关线确定。1221211YYQHBBQH（式3.2-5）上式就是以底沙造床为主的整治线宽度计算公式（2)悬沙造床为主4/34/32121211121QHQHBBBQHQH（式3.2-6）上式就是以悬沙造床为主的整治线宽度计算公式（3）应用整治线宽度计算公式时，一般在以下几种情况应考虑流量的变化：在非通航汊道内建坝或在分流段建挑流坝作为分流工程后，两汊的分流比会发生变化；在通航汊道内建整治建筑物后，改变了汊道内的阻力，也会使两汊分流比发生变化；在山区少沙河流上，坝体渗流较大，一部分流量从坝田流出，使整治线范围内的流量有所减少。3.2.3.4规范推荐的输沙平衡计算公式《航道整治工程技术规范（JTJ312-98）》推荐的输沙平衡方法计算公式的基本形式如下：121YHBKBH（式3.2-7）式中：η─水深改正系数，一般在0.7~0.9之间选取；H‘─整治水位下的航道边缘水深，可用式H’＝H＋A计算，其中H为航道标准水深，A为整治超高值。3.3.4整治水位和整治宽度的调整3.3.4.1调整原因１、没有正确反映在水位的降落过程中水流对浅滩演变的作用。２、推导公式过程中的某些假定和简化与实际情况不符。３、按计算公式求得的整治水位和整治线宽度，它们之间的最优组合不清楚。3.3.4.2调整方法整治水位的调整：一般参照汛后浅滩河床明显冲刷时的水位或与第二造床流量相应的水位，并与本河流的整治经验相互验证。整治线宽度的调整：先求出理论宽度，再与本河流的整治经验校核调整，或直接应用本河流的经验公式计算。